针对现有BIM+GIS可视化方案部署和应用复杂、依赖商业软件、要求带宽高等问题，研发并设计了基于.NET6技术的铁路BIM可视化综合应用系统。通过工业基础类（IFC,Industry Foundation Class）文件解析转换、数模分离及属性数据存储等技术，实现了BIM解析、部署、应用一体化及动态场景演示等功能。该系统可对铁路单工点、单场段、车站等范围内的BIM成果进行部署和应用，是对现有BIM+GIS大体量模型部署方案的有效补充。系统的应用有利于现阶段BIM成果发挥更大的应用价值，为实际工程项目灵活部署提供参考。
基于.NET6的铁路BIM可视化综合应用系统主 要使用对象是铁路工程设计、建设、运营等过程中 的各类专业人员。为满足用户便捷应用需求，系统 采用B/S架构，用户可通过电脑、手机等设备浏览器 实现BIM交互应用。为方便非专业开发人员快捷部 署及发布BIM，系统待用户上传模型数据后，服务 器端可自动完成模型转换、数模拆分发布等工作， 同时发布标准数据接口以便与其他系统进行数据融 合应用。铁路BIM可视化综合应用系统主要分为输 入层、数据处理层和应用层，总体架构如图1所示。
利用各BIM设计平台软件生产BIM成果，并统 一生成工业基础类（IFC，Industry Foundation Class） 文件，上传到数据处理层的服务器中。
通过对IFC文件进行解析，对其进行数模分离。 其中，几何模型文件转换为支持WebGL渲染的格式； 非几何数据进行数据清洗后得到有效数据，并通过 数据库进行存储。同步建立各类数据分发接口，供 应用层通过应用程序接口（API，Application Program Interface）访问各类应用数据。
用户通过电脑、手机等设备浏览器与数据处理层数据库进行数据交互，实现BIM在浏览器端的各类基本操作、属性数据查询等功能，同时支持与物资管理系统等外部系统进行数据关联操作，实现BIM与实体设备的状态查询与异常告警。
现阶段铁路项目BIM设计成果主要以IFC格式
输出交付。由于IFC文件包含许多语义属性，在交
付后的实际应用过程中，未简化的模型会导致每次
调用必须加载大量信息，渲染大规模的模型，使得
加载时间延长甚至加载崩溃。而WebGL技术将Java
Script和OpenGL ES 2.0结合在一起，实现在HTML5
Canvas DOM中绘制三维图。但是在基于WebGL技
术的B/S架构应用方案中，IFC格式本身无法支持
WebGL 技术的读取和加载，因此需要对 IFC 文件进
行解析转换。
为了实现IFC文件的灵活解析，本文利用xBIM
Essentials和xBIM Geometry开源组件，在服务端部
署文件自动转换服务，对用户上传的IFC文件进行
解析，通过遮挡剔除、相似合并、参数化转片面和
三角面等几何数据处理过程后，创建支持WebGL渲
染的WexBIM文件；在前端通过部署Layui框架
及xBIM WebUI框架，实现网页端对模型的加载渲染
呈现，并提供基础缩放、旋转、漫游、隐藏、剖切
等交互功能。
I FC文件可附加属性信息，若每次交互访问直接 读取IFC文件获取属性数据，需要较长的解析时间， 影响用户体验。 本文通过将IFC文件里的属性数据 与几何模型数据进行拆分，将拆分后的数据直接存 入数据库中，后续利用数据库高I/O性能直接访问模 型附加属性数据，显著提高访问速度。 IFC文件数模 拆分原理如图2所示。
用户上传IFC文件后，由系统服务端对其进行数模拆分转换，将几何数据与非几何数据进行分离。其中，几何数据作为文件直接存储，文件格式支持Web端直接渲染展示；非几何数据中的模型附件属性数据通过筛选得到有效设计数据后，转换为JSON数据格式进行存储，一个模型构件对应一条JSON属性数据，有效减少数据存储量，同步支持扩展施工数据、厂家数据及运营数据。
为了在数模拆分过程中保持数据与模型构件的关联，可以利用每一个IFC构件的全球唯一标识（GUID,Global Unique Identifier）特性，将几何构件ID与JSON属性数据通过GUID绑定，实现数模分离后模型与附加属性的关联。用户在浏览器端进行操作时，可通过几何数据文件直接在网页端渲染加载模型，并在点击具体构件模型时，根据获取的GUID在数据库查询模型对应的各类属性信息。
将IFC文件转换为支持WebGL渲染的WebBIM格式文件过程中，虽然通过模型轻量化处理后，文件体量得到显著缩减，但是如果每次浏览器加载显示都需要从服务器端访问获取WebBIM文件，文件在网络传输过程中仍会延迟，在施工现场等网络环境恶劣的条件下可能导致无法访问使用。为了解决该问题，本文研究利用浏览器缓存技术，BIM文件首次下载渲染后，同步将模型缓存在用户浏览器内，后续访问相同BIM，则直接从本地浏览器端加载缓存数据，提高访问速度。
由于浏览器缓存常用的cookie、localStorage2种方法存储空间有限，均不符合本次研究缓存要求。本文通过研究IndexedDB浏览器数据库存储技术，实现大容量缓存。利用IndexedDB建立缓存模型数据表，每个BIM作为一条缓存数据，其中的Key和服务器端IFC文件的GUID编号保持一致，value设为三维模型文件的二进制Blob数据。此外，还需要对xBIM WebUI前端组件进行二次开发，修改其模型加载技术方案。
模型文件通过“项目–工点–模型文件”的3层级模式管理，使得一个项目可以承载多个工点，一个工点也可以承载多个模型文件。用户在查看某一工点模型时，可先预览该工点主模型，再在模型浏览界面对多个模型进行任意叠加、卸载。
客户端通过浏览器加载模型后，用户可在三维模型呈现页面实现模型交互操作，包括模型缩放、旋转、透视、剖切、漫游、标签、测量等功能。通过对剖切数据进行云端存储，可实现针对单体建筑的楼层剖切预设，用户在后续使用过程中可通过剖切预设快速切换楼层视角。
服务器端对IFC文件进行数模分离后，IFC文件附加属性数据以JSON格式存储至服务器数据库。在模型交互过程中，双击模型构件，系统可根据模型ID在服务器端快速获取JSON格式属性数据并在前端呈现。实现BIM在WebGL渲染交互模式下属性数据的实时查询。
在BIM交互应用过程中，尤其是利用BIM进行设计交底、运行维护培训时，需要通过剖切、颜色调整、部分类型设备设施隐藏等方式，切换符合成需求的某个模型视角场景，并对这一场景预设保存。系统的动态场景演示功能模块可供用户提前创BIM不同视角的快照记录，并附以文字图片说明进行预设保存，演示效果如图3所示。
通过动态场景演示功能，用户点击不同场景记录缩略图时，随即自动渲染至创建该场景时的视角状态，并自动打开备注说明页面。该功能充分利用了BIM可视化、精细化的特点，提升了用户体验感。
结合主要设备BIM清单功能，通过公开的API接口规范，可将BIM可视化综合应用系统与四电物资管理系统进行数据融合交互。由BIM可视化综合应用系统将BIM设备清单直接推送至物资管理系统。物资管理系统根据主要设备清单进入采购流程，利用射频识别（RFID,Radio Frequency Identification）、二维码等方式绑定实际设备，并用现场手持终端在采购、出入库、安装等各个环节录入物资状态。BIM可视化综合应用系统根据模型ID获取实际设备物资状态信息，同时，根据不同状态对设备标记不同颜色，直观展示整体工程进度，如图4所示。
图4 物资管理与BIM可视化综合应用系统数据融合交互
通过对IFC文件解析转换、数模分离发布、三维模型离线缓存等关键技术的研究，本文设计了一套基于.NET6的铁路BIM可视化综合应用系统。系统集模型解析、部署、应用于一体，针
对铁路单工点或单场段BIM进行部署应用时，有明显的优势，是对现有BIM+GIS大体量模型部署方案的有效补充。其动态场景演示功能，在设计施工交底、教学培训中可任意切换预设场景展示，充分发挥BIM三维模型高精度可视化的优势。此外，系统的数据融合功能可为BIM+RFID全生命周期铁路物资管控提供更大的发展空间。
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